Фънлин Джанг

1 Ключова лаборатория за контрол на храненето на животните в провинция Гуангдонг, Колеж по животновъдни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@713698177lfz (F.Z.); moc.361@9002izeygnohzgnef (J.Y.); nc.ude.uacs@uhztx (X.Z.); nc.ude.uacs@anilgnaw (L.W.); nc.ude.uacs@gnipoag (P.G.); nc.ude.uacs@gnaguhs (G.S.); nc.ude.uacs@gnaijyq (Q.J.)

2 Национален инженерен изследователски център за развъждане на свиневъдна индустрия и ALLTECH-SCAU Изследователски алианс за контрол на храненето на животните, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай

Jingjing Ye

1 Ключова лаборатория за контрол на храненето на животните в провинция Гуангдонг, Колеж по животновъдни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@713698177lfz (F.Z.); moc.361@9002izeygnohzgnef (J.Y.); nc.ude.uacs@uhztx (X.Z.); nc.ude.uacs@anilgnaw (L.W.); nc.ude.uacs@gnipoag (P.G.); nc.ude.uacs@gnaguhs (G.S.); nc.ude.uacs@gnaijyq (Q.J.)

2 Национален инженерен изследователски център за развъждане на свиневъдна индустрия и ALLTECH-SCAU Изследователски алианс за контрол на храненето на животните, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай

Сяотонг Жу

1 Ключова лаборатория за контрол на храненето на животните в провинция Гуангдонг, Колеж по животновъдни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@713698177lfz (F.Z.); moc.361@9002izeygnohzgnef (J.Y.); nc.ude.uacs@uhztx (X.Z.); nc.ude.uacs@anilgnaw (L.W.); nc.ude.uacs@gnipoag (P.G.); nc.ude.uacs@gnaguhs (G.S.); nc.ude.uacs@gnaijyq (Q.J.)

2 Национален инженерен изследователски център за развъждане на свиневъдна индустрия и ALLTECH-SCAU Изследователски алианс за контрол на храненето на животните, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай

Лина Уанг

1 Ключова лаборатория за контрол на храненето на животните в провинция Гуангдонг, Колеж по животновъдни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@713698177lfz (F.Z.); moc.361@9002izeygnohzgnef (J.Y.); nc.ude.uacs@uhztx (X.Z.); nc.ude.uacs@anilgnaw (L.W.); nc.ude.uacs@gnipoag (P.G.); nc.ude.uacs@gnaguhs (G.S.); nc.ude.uacs@gnaijyq (Q.J.)

2 Национален инженерен изследователски център за развъждане на свиневъдна индустрия и ALLTECH-SCAU Изследователски алианс за контрол на храненето на животните, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай

Пинг Гао

1 Ключова лаборатория за контрол на храненето на животните в провинция Гуангдонг, Колеж по животновъдни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@713698177lfz (F.Z.); moc.361@9002izeygnohzgnef (J.Y.); nc.ude.uacs@uhztx (X.Z.); nc.ude.uacs@anilgnaw (L.W.); nc.ude.uacs@gnipoag (P.G.); nc.ude.uacs@gnaguhs (G.S.); nc.ude.uacs@gnaijyq (Q.J.)

2 Национален инженерен изследователски център за развъждане на свиневъдна индустрия и ALLTECH-SCAU Изследователски алианс за контрол на храненето на животните, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай

Банда Шу

1 Ключова лаборатория за контрол на храненето на животните в провинция Гуангдонг, Колеж по животновъдни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@713698177lfz (F.Z.); moc.361@9002izeygnohzgnef (J.Y.); nc.ude.uacs@uhztx (X.Z.); nc.ude.uacs@anilgnaw (L.W.); nc.ude.uacs@gnipoag (P.G.); nc.ude.uacs@gnaguhs (G.S.); nc.ude.uacs@gnaijyq (Q.J.)

2 Национален инженерен изследователски център за развъждане на свиневъдна индустрия и ALLTECH-SCAU Изследователски алианс за контрол на храненето на животните, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай

Qingyan Jiang

1 Ключова лаборатория за контрол на храненето на животните в провинция Гуангдонг, Колеж по животновъдни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@713698177lfz (F.Z.); moc.361@9002izeygnohzgnef (J.Y.); nc.ude.uacs@uhztx (X.Z.); nc.ude.uacs@anilgnaw (L.W.); nc.ude.uacs@gnipoag (P.G.); nc.ude.uacs@gnaguhs (G.S.); nc.ude.uacs@gnaijyq (Q.J.)

2 Национален инженерен изследователски център за развъждане на свиневъдна индустрия и ALLTECH-SCAU Изследователски алианс за контрол на храненето на животните, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай

Songbo Wang

1 Ключова лаборатория за контрол на храненето на животните в провинция Гуангдонг, Колеж по животновъдни науки, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай; moc.361@713698177lfz (F.Z.); moc.361@9002izeygnohzgnef (J.Y.); nc.ude.uacs@uhztx (X.Z.); nc.ude.uacs@anilgnaw (L.W.); nc.ude.uacs@gnipoag (P.G.); nc.ude.uacs@gnaguhs (G.S.); nc.ude.uacs@gnaijyq (Q.J.)

2 Национален инженерен изследователски център за развъждане на свиневъдна индустрия и ALLTECH-SCAU Изследователски алианс за контрол на храненето на животните, Южнокитайски земеделски университет, Гуанджоу 510642, Китай

Резюме

Затлъстяването е сериозно здравословно предизвикателство в световен мащаб и е свързано с различни съпътстващи заболявания, включително дислипидемия, диабет тип 2 и сърдечно-съдови заболявания. Следователно разработването на ефективни стратегии за предотвратяване на затлъстяването е от първостепенно значение. Една потенциална стратегия за намаляване на затлъстяването е да се консумира калций, който е замесен, че участва в намаляването на телесното тегло/мазнини. В този преглед ние събираме доказателствата за ролята на калция срещу затлъстяването в клетките, животните и хората. В допълнение обобщаваме възможните механизми за затлъстяване на калция, включително регулиране на (а) адипогенеза, (б) метаболизъм на мазнините, (в) пролиферация и апоптоза на адипоцити (прекурсор), (г) термогенеза, (д) ​​усвояване на мазнини и екскреция и (f) чревна микробиота. Въпреки че точните роли на калция срещу затлъстяването при различните субекти и как калцият индуцира предложените механизми за борба със затлъстяването трябва да бъдат допълнително проучени, настоящите доказателства демонстрират ефектите на калция срещу затлъстяването и предполагат потенциалното приложение на диетичен калций за предотвратяване на затлъстяване.

1. Съвременното състояние на затлъстяването и неблагоприятните му ефекти

Затлъстяването, определено като прекомерно отлагане на мазнини, става все по-разпространено в световен мащаб. През последните 40 години степента на разпространение на затлъстяването при възрастни (дефинирани като ИТМ над 30 kg/m 2) нараства с бързи темпове както в западните общества, така и в развиващите се страни, като броят на затлъстелите възрастни достига 671 милиона през 2016 г. (390 милиона жени и 281 милиона мъже) в сравнение със 100 милиона през 1975 г. (69 милиона жени и 31 милиона мъже) [1]. В допълнение, разпространението на детското затлъстяване нараства непрекъснато в развитите и развиващите се страни [2]. Например, приблизително една трета от децата в Америка са с наднормено тегло или затлъстяване [3,4]. Подобна ситуация се е случила в Китай, като преобладаването на наднорменото тегло и затлъстяването при деца е около всеки пети [5,6].

Затлъстяването се превърна в голяма тежест за общественото здраве по целия свят. Понастоящем е добре установено, че затлъстяването може постепенно да доведе и/или да изостри широк спектър от съпътстващи заболявания [7,8,9], включително инсулинова резистентност и захарен диабет тип 2 (T2DM) [10,11], дислипидемия [12, 13], хипертония [14,15], сърдечно-съдови заболявания [16,17], неалкохолна мастна чернодробна болест [18,19], репродуктивна дисфункция [20,21,22] и рак [23,24]. В резултат на това затлъстяването причинява неблагоприятни ефекти върху качеството на живот и има значителни икономически последици, свързани с увеличените разходи за здравеопазване [25,26]. С оглед на разпространението на затлъстяването, последиците за здравето и разходите за здравеопазване, съществува значителен интерес към определянето на ефективни и безопасни интервенции/стратегии за намаляване на излишното телесно тегло/мазнини при затлъстели хора.

2. Ефектите срещу затлъстяването на добавките с калций

2.1. Инхибиране на адипогенната диференциация от калций в клетъчни модели

Разширената мастна маса може да се дължи на увеличен брой на адипоцитите (адипогенеза или хиперплазия) и/или увеличен размер на адипоцитите (хипертрофия) [42]. Намаляването на адипогенезата и липогенезата и/или увеличаването на липолизата допринасят за по-малък брой адипоцити и по-малък размер на адипоцитите, което води до намаляване на натрупването на мазнини. Съобщава се, че високият извънклетъчен калций ([Ca 2+] o, 5 и 10 mM) отслабва адипогенезата в 3T3-L1 преадипоцитите [43]. По подобен начин 5 mM [Ca 2+] o и повишен вътреклетъчен калций ([Ca 2+] i) с RyR канал екситомоторен кофеин значително намаляват съдържанието на вътреклетъчни липиди в първичните преадипоцити на мишки [44,45]. В допълнение, увеличаването на [Ca 2+] i успя да инхибира ранните етапи на адипогенна диференциация в човешките преадипоцити [46]. Взети заедно, тези in vitro данни показват, че директното лечение на миши и човешки преадипоцити с калций или регулатори на калциевите канали може да предизвика инхибиторни ефекти върху адипогенната диференциация.

2.2. Ефекти срещу затлъстяването на диетичния калций при животните

2.3. Ефекти срещу затлъстяването на диетичния калций при хората

3. Възможни механизми за ефекти срещу затлъстяването на калция

3.1. Ефекти на калция върху адипогенезата

3.2. Ефекти на калция върху метаболизма на мазнините

3.3. Ефекти на калция върху пролиферацията на адипоцити (предшественик) и апоптоза

Доказано е, че калцият участва в регулирането на пролиферацията на преадипоцити или MSC. Наблюдавахме, че засилената пролиферация на pBMSCs, индуцирана от високо извънклетъчен калций, е свързана с активирането на калциево-сензорния рецептор (CaSR) и ERK сигналния път [32]. По същия начин Rocha et al. установи, че активирането на CaSR повишава пролиферацията на LS14 преадипоцити [81]. В допълнение, ефектите на пролиферация на [Ca 2+] o са докладвани в прогениторни клетки, получени от костен мозък на плъх [82] и мезенхимни стромални клетки, получени от свински синовиум [75]. Трябва да се отбележи, че различните видове, клетъчни типове и/или условия на култивиране (например концентрации на калций) ще предизвикат различни пролиферативни ефекти на калция. Установихме, че [Ca 2+] o насърчава пролиферацията на pBMSC, когато [Ca 2+] o е по-голямо или равно на 4 mM [32]. За разлика от това, Liu et al. съобщава, че оптималното [Ca 2+] o за пролиферация на заешки BMSC е 1,8 mM и че по-високото ниво на [Ca 2+] o не променя клетъчната пролиферация [83]. Освен това беше показано, че ниският калций (0.09 mM) значително подобрява скоростта на растеж и удължава живота на MSC, получени от човешки мастни киселини [84].

3.4. Ефекти на калция върху термогенезата

Въпреки това, Parra et al. установи, че приемът на калций от млечни продукти (12 g/kg диета) няма ефект върху експресията на UCP1 при BAT и експресията на UCP2 в WAT на мишки и предполага, че активирането на термогенезата не е свързано [97]. В допълнение, беше съобщено, че калцият само след индукционната фаза на диференциация потиска специфично генната експресия на UCP1, PR домейн цинково-пръстов протеин 16 (PRDM16) и PGC1-α [34]. Непоследователният ефект на калция върху активирането на НДНТ или термогенезата може да се дължи на различните животински/клетъчни модели, дози калций и продължителност на приема на калций. Сред тези фактори, дозата на калция може да е най-важната, допринасяща за променливостта.

По отношение на калциевото и WAT покафеняване е показано, че медиираният от сарко/ендоплазматичен ретикулум Ca 2+ -ATPase 2b (SERCA2b) цикъл на калций може да регулира термогенезата в бежовите адипоцити [98]. Също така открихме, че добавянето на калций в питейната вода е в състояние да стимулира потъмняване на WAT, със значително повишена експресия на гени, свързани с термогенезата, включително UCP1, PRDM16 и PGC1-α [93]. Взети заедно, настоящите доказателства сочат, че калцият участва в засилването на термогенезата чрез стимулиране на активирането на НДНТ и покафеняването на WAT.

3.5. Ефекти на калция върху абсорбцията на мазнини и екскрецията на фекални мазнини

Намалената абсорбция на мазнини и повишената екскреция на фекални мазнини представляват основен фактор, определящ профилактиката или лечението на затлъстяването. При животни е доказано, че високият прием на калций потиска храносмилането и усвояването на телетата при телета [99,100]. В допълнение, при много ниски концентрации на калций, хамстерът йеюнум произвежда много малко хиломикрони, което предполага намалена абсорбция на мазнини [101]. Освен това се съобщава, че диетата с високо съдържание на калций (2,4%) увеличава фекалната екскреция на диетични липиди, което отчасти може да допринесе за намаленото съдържание на телесни мазнини при плъхове [102]. Освен това Ayala-Bribiesca et al. установи, че сирената от тип чедър, обогатени с калций, водят до по-обилни калциеви сапуни, количествен индекс за фекални мастни киселини, във изпражненията на плъхове, което предполага повишена екскреция на фекални мазнини [103].

3.6. Ефекти на калция върху микробиотата на червата

Възникващите доказателства подчертават все по-важната роля на чревната микробиота в регулирането на затлъстяването [113,114,115,111,117]. Показано е, че промените на ниво филум в състава на микробиотата на червата, намаляване на бактериалното разнообразие и промени във функционалните гени и метаболитните дейности са свързани със затлъстяването [118,119,120]. По този начин, диетичната интервенция или модулация на чревната микробиота има потенциала да предотврати или лекува затлъстяването и свързаните със затлъстяването метаболитни заболявания [121,122,123].

4. Заключения

В този преглед събрахме доказателствата за ефектите на затлъстяването на калция в клетъчни модели, животни и хора. В допълнение обобщихме възможните механизми за затлъстяване на калция, включително (а) регулиране на адипогенезата, със стимулация върху MSC (или етап на ангажираност) и инхибиране на преадипоцитите (или етап на диференциация); (б) модулация на метаболизма на мазнините, с намален синтез на мазнини (липогенеза) и повишено разграждане на мазнините (липолиза); (в) насърчаване на пролиферацията на адипоцити (прекурсор) и/или апоптоза; (d) подобряване на термогенезата, с повишено активиране на НДНТ и покафеняване на WAT; (д) потискане на абсорбцията на мазнини и насърчаване на отделянето на фекални мазнини; и (е) модификация на състава и разнообразието на чревната микробиота (Фигура 1). В заключение, настоящите доказателства демонстрират ефектите на калция срещу затлъстяването и предполагат потенциалното приложение на хранителни добавки с калций за профилактика или лечение на затлъстяване.

затлъстяването

Възможните механизми за ефекти срещу затлъстяването на диетичния калций. Калцият може да предизвика ефекти срещу затлъстяването чрез (а) регулиране на адипогенезата със стимулиране върху мезенхимни стволови клетки (MSCs) (или етап на ангажираност) и инхибиране на преадипоцитите (или етап на диференциация); (б) модулация на метаболизма на мазнините, с намален синтез на мазнини (липогенеза) и повишено разграждане на мазнините (липолиза); (в) насърчаване на разпространението и апоптозата на адипоцитите (прекурсори); (d) засилване на термогенезата, с повишено активиране на кафява мастна тъкан (НДНТ) и покафеняване на бялата мастна тъкан (WAT); (д) потискане на абсорбцията на мазнини и насърчаване на отделянето на фекални мазнини; и (е) модификация на състава и разнообразието на чревната микробиота.

Съкращения

ЛЕПЕЩОкафява мастна тъкан
iBATмеждускапуларна кафява мастна тъкан
[Ca 2+] iвътреклетъчен калций
[Ca 2+] oизвънклетъчен калций
CaSRрецептор за усещане на калций
C/EBPαCCAAT/енхансер свързващ протеин α
FASсинтетаза на мастни киселини
HSLхормон чувствителна липаза
LPLлипопротеин липаза
MSCмезенхимни стволови клетки
pBMSCмезенхимни стволови клетки от свински костен мозък
PGC1-αпероксизомен пролифератор-активиран рецепторен коактиватор 1α
PPARγпероксизомен пролифератор, активиран рецептор γ
PRDM16PR домейн цинково-пръстов протеин 16
T2DMзахарен диабет тип 2
TGТриглицериди
TRPV2преходен рецепторен потенциал ванилоид 2
UCP1отделяне на протеин 1
ДДСвисцерална мастна тъкан
WATбяла мастна тъкан
eWATепидидимална бяла мастна тъкан
iWATингвинална бяла мастна тъкан

Принос на автора

Концептуализация, S.W .; писане - изготвяне на оригинален проект, F.Z. и J.Y .; писане - преглед и редакция, F.Z., X.Z., L.W., G.S., Q.J. и S.W .; администриране на проекти, P.G .; придобиване на финансиране, S.W., Q.J. и G.S.

Финансиране

Тази работа е финансирана от Националната фондация за естествени науки на Китай (31790411, 31672508, 31372397) и проекта за иновационен екип в университети в провинция Гуандун (2017KCXTD002).

Конфликт на интереси

Авторите не декларират конфликт на интереси.